CN114577436A - 声波式风沙流集沙仪 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种声波式风沙流集沙仪，涉及集沙仪技术领域。声波式风沙流集沙仪包括依次电连接的声波扩大器、声波记录仪和采集仪；声波扩大器为板状结构，声波扩大器用于承受风沙流中沙粒的撞击，并将撞击产生的声波传输给声波记录仪；声波记录仪用于记录声波，并形成声波图谱；采集仪用于根据声波图谱统计出沙粒的数量a和质量m，并根据数量a和质量m，计算出沙粒的总质量M。声波式风沙流集沙仪能够利用沙粒击打产生的声波，统计出沙粒的数量和质量，不仅实现自动记录采集，而且弥补现有风蚀传感器不能记录超过粒径范围的沙粒的缺陷和不足。

Description

声波式风沙流集沙仪

技术领域

本发明涉及集沙仪技术领域，具体而言，涉及一种声波式风沙流集沙仪。

背景技术

输沙率是指风沙流在单位时间内在单位宽度上输运的沙量，也称为单宽输沙率。输沙率是衡量风沙流挟沙量的重要参数，它与风速的关系直接影响沙漠迁移和扩展，是长期以来人们集中研究的核心课题之一，其观测主要采用集沙仪观测。

目前，科学界的集沙仪观测主要有三种方式。第一种是人工收集式集沙仪，即用收集盒、桶、袋等容器将运移的沙粒收集起来，之后人工将其带回称重获得数据，其劣势是需要人工定期采集称重。第二种是基于前者，将称重传感器放置在容器底部，继而获取数据，虽在一定程度可以获取动态数据，但让需人工定期清理，如容器满后，数据作废。第三种是基于电流的变化，称为风蚀传感器，其利用沙粒击打在传感器上，利用沙粒对电流产生的影响，继而获得沙粒数量和能量，但此方式存在的缺点是只有固定粒径范围内的沙粒才能记录，超过粒径范围的沙粒无法记录。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种声波式风沙流集沙仪，其能够利用沙粒击打产生的声波，统计出沙粒的数量和质量，不仅实现自动记录采集，而且弥补现有风蚀传感器不能记录超过粒径范围的沙粒的缺陷和不足。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明提供一种声波式风沙流集沙仪，声波式风沙流集沙仪包括依次电连接的声波扩大器、声波记录仪和采集仪；

声波扩大器为板状结构，声波扩大器用于承受风沙流中沙粒的撞击，并将撞击产生的声波传输给声波记录仪；

声波记录仪用于记录声波，并形成声波图谱；

采集仪用于根据声波图谱统计出沙粒的数量a和质量m，并根据数量a和质量m，计算出沙粒的总质量M。

在可选的实施方式中，采集仪用于根据声波图谱的波峰数量b，得出沙粒的数量a。

在可选的实施方式中，声波图谱的波峰数量b等于沙粒的数量a。

在可选的实施方式中，采集仪用于根据声波图谱的单个波峰的振幅A，得出单颗沙粒的能量P，并根据单颗沙粒的能量P，得出单颗沙粒的质量m。

在可选的实施方式中，单个波峰的振幅A与单颗沙粒的能量P成正相关。

在可选的实施方式中，单颗沙粒的质量m的计算公式为：

m＝P/v

式中，v为沙粒的速度，沙粒的速度等于风沙流的速度。

在可选的实施方式中，沙粒的总质量M的计算公式为：

M＝m1+m2+…+mn

式中，m1、m2…mn分别为n颗沙粒的质量。

在可选的实施方式中，声波式风沙流集沙仪还包括风速采集传感器，风速采集传感器与采集仪电连接，风速采集传感器用于采集风沙流的速度。

在可选的实施方式中，声波式风沙流集沙仪还包括电动支座，电动支座用于支撑声波扩大器，电动支座与采集仪电连接，采集仪用于根据风速采集传感器检测到的风向，控制电动支座驱动声波扩大器转动，以使声波扩大器迎风设置。

在可选的实施方式中，声波式风沙流集沙仪还包括蓄电瓶和太阳能板，太阳能板、蓄电瓶和采集仪依次电连接，太阳能板用于将太阳能转化成电能、并存储到蓄电瓶，蓄电瓶用于向采集仪供电。

本发明实施例提供的声波式风沙流集沙仪的有益效果包括：

1.风沙流中夹带的沙粒撞击到板状结构的声波扩大器会产生声波，通过声波记录仪记录沙粒撞击产生的声波，形成声波图谱，其中，声波图谱中的波峰数量能够反映沙粒的数量，声波图谱中波峰的振幅的能够反映沙粒的能量，通过沙粒的能量能够推算出单颗沙粒的质量，从而能够计算出特定时间段内撞击到声波扩大器的沙粒的总质量，起到集沙仪的功能；

2.声波式风沙流集沙仪的工作过程无需人工参与，例如不需要人工定期采集沙粒称重，使用方便；

3.声波式风沙流集沙仪几乎适用于所有粒径范围的沙粒，只要沙粒能够撞击到声波扩大器上发出声响即可，使用范围受到环境的影响较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的声波式风沙流集沙仪的结构示意图；

图2为声波记录仪形成的声波图谱的示意图。

图标：10-声波式风沙流集沙仪；11-声波扩大器；12-声波记录仪；13-风速采集传感器；14-电动支座；15-采集仪；16-太阳能板；17-蓄电瓶。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种声波式风沙流集沙仪10，声波式风沙流集沙仪10包括声波扩大器11、声波记录仪12、风速采集传感器13、电动支座14和采集仪15。

声波扩大器11为板状结构，声波扩大器11上可以设置硬质的板材，例如金属板材或塑料板材，用于承受风沙流中沙粒的撞击，声波扩大器11将撞击产生的声波传输给声波记录仪12。

声波记录仪12采用录音机的原理，声波记录仪12用于记录声波，并形成声波图谱，如图2所示。

采集仪15可以选用具有数据处理功能的控制器，采集仪15用于从声波记录仪12获取声波图谱，根据声波图谱统计出沙粒的数量a和质量m，并根据数量a和质量m，计算出沙粒的总质量M。

具体的，采集仪15用于根据声波图谱的波峰数量b，得出沙粒的数量a。也就是说，声波图谱中的波峰数量b能够反映沙粒的数量a，一颗沙粒撞击到声波扩大器11上就会形成一个波峰，这样，声波图谱的波峰数量b就等于沙粒的数量a。

采集仪15还用于根据声波图谱的单个波峰的振幅A，得出单颗沙粒的能量P，并根据单颗沙粒的能量P，得出单颗沙粒的质量m。也就是说，不同能量的沙粒撞击到声波扩大器11上形成的波峰的振幅A不同，这样，声波图谱的单个波峰的振幅A就能反映单颗沙粒的能量P，具体的，单个波峰的振幅A与单颗沙粒的能量P成正相关。而且，单颗沙粒的能量P与单颗沙粒的质量m成正比，这样，就能推算出单颗沙粒的质量m，之前已经计算出沙粒的数量a，从而就能计算出沙粒的总质量M。

其中，单颗沙粒的质量m的计算公式为：

m＝P/v

式中，v为沙粒的速度，沙粒的速度等于风沙流的速度，风速采集传感器13与采集仪15电连接，风速采集传感器13用于采集风沙流的速度。

沙粒的总质量M的计算公式为：

M＝m1+m2+…+mn

式中，m1、m2…mn分别为n颗沙粒的质量。

此外，在风沙流中可能不仅夹带着沙粒，还可能夹带着其它垃圾，例如树叶、飞溅的石子等，这些沙粒之外的物质撞击到声波扩大器11上同样会形成声波、且反映在声波图谱中，造成采集仪15对沙粒的总质量M的统计造成误差。因此，可以在采集仪15中设置筛选条件，具体的，在采集仪15根据声波图谱统计出沙粒的数量a和质量m的过程中，可以设置在m＜m_s或m＞m_m的情况下，不对该沙粒进行统计，即沙粒的数量a和沙粒的总质量M中均不算入该沙粒。其中，m_s为沙粒的极小质量，在正常情况下，沙粒的质量是不会小于m_s的，如果出现采集仪15得出的单颗沙粒的质量小于m_s，那可以判断撞击到声波扩大器11上的不是沙粒，可能是树叶、飞虫等能量较小的物质，则不应该将这些物质统计成沙粒。m_m为沙粒的极大质量，在正常情况下，沙粒的质量是不会大于m_m的，如果出现采集仪15得出的单颗沙粒的质量大于m_m，那可以判断撞击到声波扩大器11上的不是沙粒，可能是飞溅的石子、树枝等能量较大的物质，则不应该将这些物质统计成沙粒。

电动支座14用于支撑声波扩大器11，电动支座14与采集仪15电连接，采集仪15用于根据风速采集传感器13检测到的风向，控制电动支座14驱动声波扩大器11转动，以使声波扩大器11迎风设置，也就是使风沙流尽量垂直撞击到声波扩大器11上，有利于准确统计沙粒的能量。

太阳能板16、蓄电瓶17和采集仪15依次电连接，太阳能板16用于将太阳能转化成电能、并存储到蓄电瓶17，蓄电瓶17用于向采集仪15供电。这样，即使将本实施例的声波式风沙流集沙仪10安装在野外使用，也能通过太阳能板16和蓄电瓶17实现对电能的自采自足，有利于声波式风沙流集沙仪10长期稳定使用。

当然，在其它实施例中，采集仪15上设置外接的插头，插头用于连接到电源上，从而获得电能。

本发明实施例提供的声波式风沙流集沙仪10的有益效果包括：

1.风沙流中夹带的沙粒撞击到板状结构的声波扩大器11会产生声波，通过声波记录仪12记录沙粒撞击产生的声波，形成声波图谱，其中，声波图谱中的波峰数量能够反映沙粒的数量，声波图谱中波峰的振幅的能够反映沙粒的能量，通过沙粒的能量能够推算出单颗沙粒的质量，从而能够计算出特定时间段内撞击到声波扩大器11的沙粒的总质量，起到集沙仪的功能；

2.声波式风沙流集沙仪10的工作过程无需人工参与，例如不需要人工定期采集沙粒称重，使用方便；

3.声波式风沙流集沙仪10几乎适用于所有粒径范围的沙粒，只要沙粒能够撞击到声波扩大器11上发出声响即可，使用范围受到环境的影响较小。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述声波式风沙流集沙仪包括依次电连接的声波扩大器(11)、声波记录仪(12)和采集仪(15)；

所述声波扩大器(11)为板状结构，所述声波扩大器(11)用于承受风沙流中沙粒的撞击，并将撞击产生的声波传输给所述声波记录仪(12)；

所述声波记录仪(12)用于记录所述声波，并形成声波图谱；

所述采集仪(15)用于根据所述声波图谱统计出所述沙粒的数量a和质量m，并根据所述数量a和所述质量m，计算出所述沙粒的总质量M。

2.根据权利要求1所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述采集仪(15)用于根据所述声波图谱的波峰数量b，得出所述沙粒的数量a。

3.根据权利要求2所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述声波图谱的波峰数量b等于所述沙粒的数量a。

4.根据权利要求1所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述采集仪(15)用于根据所述声波图谱的单个波峰的振幅A，得出单颗所述沙粒的能量P，并根据单颗所述沙粒的能量P，得出单颗所述沙粒的质量m。

5.根据权利要求4所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，单个波峰的振幅A与单颗所述沙粒的能量P成正相关。

6.根据权利要求5所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，单颗所述沙粒的质量m的计算公式为：

m＝P/v

式中，v为所述沙粒的速度，所述沙粒的速度等于所述风沙流的速度。

7.根据权利要求6所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述沙粒的总质量M的计算公式为：

M＝m1+m2+…+mn

式中，m1、m2…mn分别为n颗沙粒的质量。

8.根据权利要求1所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述声波式风沙流集沙仪还包括风速采集传感器(13)，所述风速采集传感器(13)与所述采集仪(15)电连接，所述风速采集传感器(13)用于采集所述风沙流的速度。

9.根据权利要求8所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述声波式风沙流集沙仪还包括电动支座(14)，所述电动支座(14)用于支撑所述声波扩大器(11)，所述电动支座(14)与所述采集仪(15)电连接，所述采集仪(15)用于根据所述风速采集传感器(13)检测到的风向，控制所述电动支座(14)驱动所述声波扩大器(11)转动，以使所述声波扩大器(11)迎风设置。

10.根据权利要求1所述的声波式风沙流集沙仪，其特征在于，所述声波式风沙流集沙仪还包括蓄电瓶(17)和太阳能板(16)，所述太阳能板(16)、所述蓄电瓶(17)和所述采集仪(15)依次电连接，所述太阳能板(16)用于将太阳能转化成电能、并存储到所述蓄电瓶(17)，所述蓄电瓶(17)用于向所述采集仪(15)供电。

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